DE3004114A1

DE3004114A1 - Verfahren zur erzeugung tiefer temperaturen

Info

Publication number: DE3004114A1
Application number: DE19803004114
Authority: DE
Inventors: Eusebio Gabina Aldecoa
Original assignee: Liquid Carbonic de Espana SA
Current assignee: Nippon Gases Espana SL
Priority date: 1979-04-18
Filing date: 1980-02-05
Publication date: 1980-11-06
Also published as: ES479676A1

Description

Verfahren zur Erzeugung tiefer Temperaturen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung tiefer Temperaturen, in der Größenordnung von -56" bis -79°C.
Die Erzeugung tiefer Temperaturen wird in der Industrie in weitem Umfange angewandt, wobei es nur wenige technische Bereiche gibt, die nicht von den erwähnten tiefen Temperaturen Gebrauch machen, sei es als Hilfsmittel oder als entscheidende Stufe eines bestimmten Verfahrens.
Ohne daB die folgende Beschreibung beschränkenden Charakter haben soll,werden nachfolgend eine Reihe von Anwendungen aufgezählt, in denen die Erfindung benutzt werden kann.
a) Schnelles Gefrieren und Kühlen leicht verderblicher Produkte.
b) Schnelles Kühlen von Produkten aus Plastik, Gummi und der ganzen Palette der Elastomere.
c) Verfestigen von Erdreich als Stützung von Bohrungen, Ausgrabungen, Fundamentierungen, Stützung von unterirdischen Wasserleitungen, Konstruktion von Brunnen.
d) Kondensation von Gasen.
e) Kühlen von Reaktoren in der chemischen und pharmazeutischen Industrie.
f) Abkühlen von Walzen.
g) Kühl- und Tiefkühltransporte von leicht verderblicher Ware.
h) Klimaanlangen.
i) Gefriertunnel, mechanische oder konventionelle, die stationär, mit Kontakt, mit linearem und spiralige Transport, mit Eintauchen und Flüssigkeitsbett und dergleichen arbeiten.
Im Augenblick ist die Erzeugung sehr tiefer Temperaturen sehr kostspielig und genau einer der von dem Verfahren der Erfindung erreichten Vorteile, ist die Tatsache, daß sich die Behandlung mit tiefen Temperaturen in einem preisgünstigeren System verwirklichen läßt.
In den derzeitigen Kühlsystemen mit geschlossenem Kreislauf benützt man Kühlflüssigkeiten wie wasserfreies Ammoniak, Trichlormonofluormethan, Dichlordifluormethan, Chlortrifluormethan, Monochlordifluormethan, Kohlensäureanhydrid (Kohlendioxid) u.a.
Das Kohlendioxid z.B., in seiner Eigenschaft als einzigartiges Kühlmittel, arbeitet unter 49 bis 70 at in seiner Kondensationsphase und unter 14 bis 20 at im Verdampfungszustand. Diese Drücke sind sehr hoch und bringen sehr hohe Kosten für die Einrichtungen,dadurch, daß sie sowohl den Drücken widerstehen als auch eine völlige Dichtigkeit aufweisen müssen.
Ebenfalls werden inder Technik derzeit als Kühlmittel azeotrope Mischungen von C02 mit anderen Bestaadteilen wie den Freon-Produkten 500,501, 502 der Firma Dupont, USA, verwandt. So benutzt man Freon 12 (Dichlordifluormethan), 152(Difluormethan), > 22 (Monochlordifluormethan), 11 (Trichlormonofluormethan) und 115 (Monochlorpentafluoräthan) Die Mischung 500 enthält in Gewichtsprozenten 75,8 Freon 12, 24,2ó Freon 152. Die Mischung 501 enthält 75 Freon 22 und 25 Freon 12. Die Mischung 502 enthält 48,8 Freon 11 und 51,2 Freon 115.
Angesichts dieser konventionellen Systeme der Technik arbeitet man in der Erfindung nur mit einem strömungsfähigen (fluiden) Kühlmittel nämlich Kohlendioxid und einem Transportmittel, nämlich Terpen, was das System vereinfacht. Tatsächlich kann der Verdampfungs- oder Sublimationsdruck so niedrig sein wie der Atmosphärendruck, was einer Temperatur von -79°C entspricht oder so hoch wie 5 atü, was einer Temperatur von -56"C entspricht. Der Kondensationsdruck bei -25°C beträgt 17 atü, was eine geringere aufgenommene Leistung mit sich bringt.
Auch ist in der vorliegenden Erfindung die Regulierung der Kapazität sehr wichtig, je nach Behandlung besteht es aus einer strömungsfähigen Flüssigkeit (Terpen) und festen Teilchen aus Kohlensäureanhydrid. Ein solches Fluid ist pumpbar mit Hilfe einer Pumpe, die,sofern sie über einen Geschwindigkeitsregulator oder eine Kombination von Ventilen die "BY-PASS" benannt werden, verfügt, die gewünschte Flüssigkeitsmenge für Kühizwecke, in einer einfachen Form reguliert, bereitstellen kann.
Das Verfahren der Erfindung besteht darin, daß man flüssiges Kohlensäureanhydrid (C02) expandiert oder ausbreitet, daß es sich in den festen Zustand umwandelt, in welchen man es in einem späteren Schritt mit einer sich nicht verfestigenden Flüssigkeit mischt. Damit ernält man eine Suspension von festem Kohlensäureanhydrid (wo2) in einer sich nicht verfestigenden Flüssigkeit. Nachfolgend bespült die Suspension von festem Kohlensäureanhydrid und sich nicht verfestigender Flüssigkeit durch Konvenktion oder Zwangszirkulation einen Verdampfer-Sublimator, in welchem das feste C02 während des Sublimierens Wärme aufnimmt und damit eine Temperaturverminderung bis -79°C bei Atmosphärendruck hervorruft.
Der erwähnte Verdampfer-Sublimator ist in Verbindung mit einem Wärmetauscher mit dem System, in dem man die tiefen Temperaturen anwenden will, verbunden.
Die Teilchen oderKörnchen des festen kohlensäureanhydrids durchlaufen während des Subl imierens den gasförmigen Zustand.
Das erwähnte gasförmige C02 wird in einer Ausführungsform der Erfindung wieder aufbereitet mit Hilfe einer Vorrichtung, die von einem Kompressor und einem Kondensator gebildet wird, ausgerüstet mit einer konventionellen Kältemaschine, welche die Kondensation des erwähnten Gases bewirkt. Das so gewonnene kondensierte, flüssige Kohlenseureanhydrid expandiert bzw. breitet sich aufs Neue aus, indem es durch ein entsprechendes Ventil hindurchströmt, wobei es sich in seinen festen Zustand umwandelt, in kleine Teilchen, die sich wieder mit der sich nicht verfestigenden Flüssigkeit mischen und so den Zyklus wiederholen.
In einer alternativen Ausführungsform gewinnt man die Dämpfe von Kohlensäureanhydrid, die sich sublimiert haben, nicht in einem geschlossenen Kreislauf wieder zurück, sondern das Verfahren läuft in einem offenen Kreislauf ab mit Ausstoß des gasförmigen Anhydrids in die Atmosphäre.
Der Arbeitsgang des Mischens von sich nicht verfestigender Flüssigkeit mit festem C02 wi rd durch einen Schwimmer-Unterbrech r geregelt, dessen Position in Wechselwirkung zu der Größe des Volumens der sich nicht verfestigenden Flüssigkeit beim Hinzufügen des festen Kohlensäuranhydrids steht.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung wird durch die Aufspeicherung eines kälteerzeugenden Potentials von tiefer Temperatur in Form von latenter Wäre gebildet, wenn man das feste Kohlensäureanhydrid in Suspension mit dem flüssigen, sich nicht verfestigenden Transportittel speichern kann, erhält man bis zu 13G kcal pro dm3 bei 79cm.
Die sich nicht verfestigenden Flüssigkeiten, die in dem Verfahren der Erfindung benutzt werden, werden von einer einzigen Klasse Tepenen oder ihren Mischungen oder Mischungen von Terpenen mit Alkoholen oder anderen sich nicht verfestigenden Flüssigkeiten wie »:ethylenchlorid gebildet.
Die Auswãnl von Kohlensäureanhydrid als bevorzugtes Kühlmittel für die Methode der Erfindung, verdankt es seinen besonderen physikalischen Eigenschaften,wie die, seinen Tripelpunkt beim Druck von 5 atü zu haben, was einschlie3t, daß man festes Kohlensäureanhydrid erhält, wenn man diesen Druck verringert.
Eine andere Besonderheit des C02 sind seine geringen Kosten, so daß es das billigste Kühlittel ist.
In der einzigen Figur der Zeichnung wird in schematischer Weise ein System, das nach dem Prinzip der Erfindung abläuft, dargestellt.
Das Kohlensäureanhydrid dringt in flüssigem Zustand durch das Regulierventil (Expansionsventil) 1 ein, expandiert sich in der Misch-Homogenisierkammer 2, wo ein Teil in den festen Zustand übergeht, der sich mit der sich nicht verfestigenden Flüssigkeit mischt rund in diesem Transportmittel in Suspension bleibt und ein Teil in den gasförmigen Zustand übergeht und durch die Rohrleitung 3 in Richtung auf den Kompressor 4 austritt.
Das sich nicht verfestigende flüssige Transportmittel Träger des festen Kohlensäureanhydrids ilForm von Schnee, benützt man in dem Verdampfer oder Sublimierer 5, wo es die Wärme des Mediums, das man kühlen oder gefrieren will, absorbiert, indem die kleinen Teilchen des Kohlensäureanhydrids sublimieren, welche in den gasförmigen Zustand übe -gehen und durch die Rohrleitung 3 in Richtung auf de opressor 4 austreten und von diese. um Koqdensator 6 gehen, in dem sie mittels einer konventionellen Kältemaschine 7 verflüssigt werden wi esrververwendet werden und sich wieder durc das Regulationsventil 1 expandieren und den Zyklus wiederholen.
Das benutzte System nach dem erfindungstgemäßen Verfahren kann auch in Kombination rflit den üblichen sälteerzeugenden Systemen angewandt verden,-indem man diese als Vorkühlapparate für das Produkt, das man der Gefrieroehandlung unterwirft, benutzt. Dies bringt einige wichtige Vorteile. Die mit dem kälteerzeugenden Mittel entzogene Wärme von 20 bis 30% bleibt dem Kühl potential des Systems der mechan schen Kühlung mit geschlossenem Zyklus, wobei die kalten Dämpfe der kälteerzeugenden Vorkühlung ausgerichtet werden, wodurch die Zunahme an Wärme durch Infiltration verhindert wird. Damit erreicht man, daß man eine Einrichtung von 72 bis 62@ der insgesamt benötigten Kapazität benutzen kann und Temperaturen von -55°C bis -70°C geboten werden, also Temperaturbereiche die auf dem Sektor der Lebensmittelindustrie besonders wirksam sind.

Claims

Verfahren zur Erzeugung tiefer Temperaturen Ansprüche Verfahren zur Erreichung tiefer Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, daB flüssiges Kohlensäureanhydrid (C02) expandiert wird, in seinen festen Zustand übergeht, danach das erwähnte feste Kohlensäureanhydrid mit einer sich nicht verfestigenden Flüssigkeit vermischt wird, wobei eine Suspension des festen Kohlensäureanhydrids in der sich nicht verfestigenden Flüssigkeit gebildet wird, diese durch Konvektion oder Zwangszirkulation zum Oberspülen eines Verdampfer-Sublimators gebracht wird, in welchem das feste Kohlensäureanhydrid sublimiert, wobei es Wärme aufnimmt, was eine Verringerung der Temperatur der Suspension hervorruft, die mit dem System, auf das man die tiefen Temperaturen zur Einwirkung bringen will, in einer Wärmeaustauschbeziehung steht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das sublimierte Kohlensäureanhydrid in einer Vorrichtung, die von einem Kompressor und einem Kondensator gebildet wird, zurückgewinnt und man das flüssige Kohlensäureanhydrid aufs Neue wie zu Beginn des Verfahrens verwendet, d.h., eine Rückgewinnung in geschlossenem Kreislauf schafft.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Dämpfe des Kohlensaureanhydrids, die sich sublimiert haben in die Atmosphäre entläßt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Mischung des festen Kohlensäureanhydrids mit der sich nicht verfestigenden Flüssigkeit mittels eines Schwimmer-Unterbrechers regelt, dessen Position in Wechselwirkung zu der Größe des Volumens der sich nicht verfestigenden Flüssigkeit zur Zugabe des festen Kohlensäureanhydrids steht.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprücne, dadurch gekennzeichnet, daß man die sich nicht verfestigende Flüssigkeit aus einer Gruppe auswählt, die aus Terpenen einer einzigen Klasse oder aus ihren Mischungen oder Mischungen von Terpenen mit Alkonolen oder anderen sich nicht verfestigenden Flüssigkeiten wie Methylenchlorid gebildet wird.